电机及机床电气控制

项目四直流电机的运行控制电机及机床电器控制天津轻工职业技术学院天津轻工职业技术学院教学目标：1、直流电动机工作特性2、直流电动机的启动、制动方法3、直流电动机的调速方法4、电动机的启动、制动控制电路教学重点和难点：1、直流电动机的启动、制动方法2、直流电动机的调速方法3、电动机的启动、制动控制电路电机及机床电气控制教学方法：项目教学法：1、引出问题；2项目分析；3、行为引导法；4、学练结合学时、教具、课前准备：学时：6学时教具：三相异步电机、三相异步电机控制装备、万用表课前准备：学生预习相关课程知识；设备调试；规范标准准备；电机及机床电气控制教学过程：一、项目提出直流电机是通以直流电流的旋转电机，是将电能互转换成机械能的设备。与交流电机相比优点是调速性能好，启动转矩大，过载能力强，在启动和调速要求较高的场合应用广泛；不足之处是直流电机结构复杂，成本高，运行维护困难。电机及机床电气控制二、项目分析直流电机是通以直流电流的旋转电机，是电能和机械能相互转换的设备。将机械能转换为电能的是直流发电机，将电能转换为机械能是直流电动机。直流电动机具有良好的调速特性和宽广的调速范围，在调速性能和指标要求较高的场合，直流电机得到了广泛的应用。直流电机是如何工作和机械特性是使用直流电机的必要知识；掌握直流电机的调速方法是关键技能点。电机及机床电气控制三、项目计划及决策1、控制设备的准备：DZSZ-1D型电机及电器自动控制实验装置。万用表的准备。2、工作准备直流电机控制的启动、停止、运行线路方案准备。3、电源配备四、项目实施知识点一直流电机的基本原理与结构电机及机床电气控制一）直流电机的工作原理1、直流发电机工作原理2、直流电动机的工作原理电机及机床电气控制二、直流电机的基本结构直流电机的结构示意图如图所示。它由定子和转子两个基本部分组成。a)为结构图b)为轴向截面图。a)b)a)1—端盖2—风扇3—机座4—电枢5—主磁极6—刷架7—换向器8—接线板9—出线盒10—换向器b)1—机座2—主磁极3—转轴4—电枢铁心5—换向磁极6—电枢绕组7—换向器8—电刷电机及机床电气控制三）、直流电机的励磁方式分为他励直流电机、并励直流电机、串励直流电机与复励直流电机等四种，如图所示。a)他励直流电机b）并励直流电机c）串励直流电机d）复励直流电机电机及机床电气控制四）直流电机的铭牌数据和主要系列1、直流电机的铭牌数据1）电机型号2）额定功率PN3）额定电压UN4）额定电流IN5）额定转速nN6）电动机额定效率ηN2、直流电机主要系列Z4系列：一般用途的小型直流电动机；ZT系列：广调速直流电动机；ZJ系列：精密机床用直流电动机；电机及机床电气控制知识点二直流电动机的电磁转矩和电枢电动势一）、电磁转矩直流电动机的电磁转矩T的大小可表示为T=CTΦIa式中CT——与电动机结构有关的常数；Φ——每极磁通（Wb）Ia——电枢电流（Ａ）T——电磁转矩（N.m）二）、电枢电动势图2-1-9电枢电动势和电流直流电动机两电刷间总的电枢电动势的大小为Ea=CeΦn电机及机床电气控制a)b)他励直流电动机结构示意图和电路图知识点三他励直流电动机的运行原理与机械特性a）结构示意图b）电路图电机及机床电气控制一）、直流电动机的基本方程式1、电动势平衡方程式U=Ea+IaRa式中U—电枢电压（V）Ia—电枢电流（A）Ra—电枢回路中总电阻（Ω）2、功率平衡方程式1）机械损耗Pm2）铁心损耗PFe3)铜耗PCu4)附加损耗Ps直流电动机总损耗∑P为∑P=Pm+PFe+PCu+Ps则输出机械功率P2为P2=Pem-PFe-Pm=Pem-P0=P1-PCua-P0=P1-∑P则直流电动机的功率为η=×100%=×100%他励直流电动机功率流程图电机及机床电气控制二）、他励直流电动机的机械特性1、他励直流电动机的机械特性方程式由他励直流电动机电动势平衡方程式U=Ea+Ia(Ra+Rpa)=Ea+IaR最终可得机械特性方程式：T他励直流电动机机械特性式中Ce、CT、Φ—由电动机结构决定的常数。当U、R数值不变时，转速n与电磁转矩T为线性关系，其机械特性曲线如图所示。电机及机床电气控制2、他励直流电动机的固有机械特性其特性方程式为由于电枢绕组的电阻Ra阻值很小，而Φn值大，因此Δn很小，固有机械特性为硬特性。3、他励直流电动机的人为机械特性1）电枢回路串联电阻Rpa是的人为特性电枢回路串联电阻Rpa时的人为机械特性方程为电机及机床电气控制他励直流电动机电枢回路串电阻的人为机械特性（1）理想空载转速n0保持不变；（2）机械特性的斜率β随Rpa的增大而增大，特性曲线变软。图为不同Rpa时的一组人为机械特性曲线，从图中可以看出改变电阻Rpa大小，可以使电动机的转速发生变化，因此电枢回路串电阻可用于调速。电机及机床电气控制图他励直流电动机降压的人为机械特性（1）理想空载转速n0正比于电压U，U下降时，n0成正比例减小；（2）特性曲线斜率β不变，图为调节电压的一组人为机械特性曲线，它是一组平行直线。因此，降低电源电压也可用于调速，U越低，转速越低。电机及机床电气控制图他励直流电动机电枢回路串电阻起动控制主电路图知识点四他励直流电动机的起动和反转一）起动方法1．全压起动2．减压起动。3．电枢回路串电阻起动电机及机床电气控制知识点五他励直流电动机的制动一）、能耗制动1、制动原理能耗制动a)能耗制动控制电路图b）能耗制动电路图电机及机床电气控制。能耗制动机械特性图电动机拖动位能性负载能耗制动电路图2、机械特性将U=0，R=Ra+Rbk代人式（4-10）中，便可获得能耗制动的机械特性方程(2-1-21)能耗制动机械特性曲线是一条过坐标原点，位于第Ⅱ象限的直线，如图所示电机及机床电气控制a)b)电枢反接制动a)控制电路图b)机械特性二）、反接制动反接制动有电枢反接制动和倒拉反接制动两种方式。1、电枢反接制动1）制动原理电机及机床电气控制拓展与提高一、电机调速的概念二、调速静态技术指标1．静差率2．调速范围3．平滑性4、经济性主要考虑设备的初投资、调速时电能的损耗及运行的维修费用等。五、项目检查检查掌握直流电机的工作过程情况，首先应了解直流发电原理，在此基础上掌握直流电动机工作过程。然后通过再进一步掌握直流电动机的工作特性以及调速方法。三种调速方法及线路搭接检查。电机及机床电气控制六、教学评估1直流电机中为何要用电刷和换向器，它们有何作用?2简述直流电动机的工作原理。3直流电动机的励磁方式有哪几种?画出其电路。4试写出直流电动机的基本方程式，它们的物理意义各是什么?5何为直流电动机的机械特性，写出他励直流电动机的机械特性方程式。6何为直流电动机的固有机械特性与人为机械特性?电机及机床电气控制